Історія лабораторії евтектичних сплавів починається з реорганізації відділу фазових рівноваг, який був одним з наріжних каменів при створенні Інституту металофізики НАН України. Початок робіт з вивчення фазових рівноваг в сплавах поклав академік В.Н. Свєчников, приступивши до дослідження потрійних сплавів Fe–Cr–Me. Після переходу в 1955 р. очолюваного ним відділу металознавства до Інституту металофізики НАН України роботи з вивчення фазових рівноваг і побудови діаграм стану подвійних, потрійних і складніших систем були продовжені. Ці дослідження, що супроводжувалися вивченням жароміцності, жаростійкості та інших властивостей, стали основою створення нових жароміцних матеріалів.
Ряд робіт, що проводились у відділі, носили чисто прикладний характер, так дослідження фазових рівноваг і структури сплавів заліза з миш'яком та вуглецем були виконані з ініціативи заводу «Азовсталь» в зв'язку з проблемами переробки керченських миш’як-містких руд і шкідливого впливу миш'яку на властивості сталей (В.Н. Свєчников, А.К. Шурін).
З 1956 р в відділі почав розвиватися новий напрямок — фізико-хімічний аналіз систем тугоплавких і рідкісних металів. Були проведені дослідження структури жаростійких високотемпературних сплавів на основі хрому та фазових рівноваг у 40 подвійних і потрійних системах з хромом, в тому числі таких, як хром–ніобій–молібден, хром–ніобій–ванадій, хром–ніобій–нікель, хром–молібден–кремній (Г.Ф. Кобзенко, Ю.А. Краковецький-Кочержинський, В.М. Пан, А.К. Шурин). Виконано диференційний термічний аналіз чистого хрому до температури плавлення і встановлено, що в хромі при високих температурах поліморфізм відсутній. Результати робіт знайшли широке застосування в практичній металургії. Для розробки нових високотемпературних окалино стійких захисних покриттів на основі силіцидів тугоплавких металів для потреб аерокосмічної техніки побудовані подвійні і потрійні діаграми фазових рівноваг тугоплавких металів IV-А, V-А і VI-А груп з кремнієм в повному концентраційному інтервалі та в інтервалі температур від кімнатної до 2550 ° С (Ю.А. Краковецький-Кочержинський, О.Г. Кулик, Є.А. Шишкін, Л.М. Юпко). Виконано цикл робіт з вивчення фазових рівноваг в сплавах гафнію, побудовані 34 подвійні та потрійні діаграми стану, встановлені закономірності фазових рівноваг в них, визначені перспективи застосування гафнію в сплавах, призначених для високотемпературної експлуатації (А.К. Шурин, Г.П. Дмитрієва) .
Починаючи з середини 1960-х років у відділі отримав розвиток новий підхід до вирішення проблем розробки надпровідних матеріалів на основі інтерметалідів зі структурою типу А-15 (В.М. Пан, Ю.І. Білецький, В.І. Латишева, А.Ц. Спектор). Були побудовані і уточнені 25 подвійних і потрійних діаграм стану, в числі яких V–Ga, V–Ge, V–Sn, Nb–Ga, Nb–Al, Nb–Sn, Nb–Al–Ge та ін. Отримані результати використані при розробці нових надпровідних матеріалів, а також при створенні нових технологій їх виробництва. У 1970 р на основі групи, якою керував д. фіз.-мат. наук В.М. Пан, була створена лабораторія надпровідності.
У зв'язку з розширенням областей застосування рідкоземельних металів, створення наукових основ оптимального мікролегування тугоплавких металів, зокрема хрому, з 1968 по 1980 р в відділі проводились дослідження фазових рівноваг в сплавах з рідкоземельними металами (РЗМ). За цей період досліджено 30 систем. Були побудовані діаграми стану і встановлені закономірності фізико-хімічної взаємодії в сплавах Cr–РЗМ (Г.Ф. Кобзенко, В.Г. Іванченко), РЗМ церієвої - РЗМ ітрієвої підгруп (Г.Ф. Кобзенко, О.Л. Мартинчук), розроблено ряд корозійностійких лігатур на основі лантану (Г.Ф. Кобзенко, В.Г. Іванченко, В.В. Погоріла). Проведено теоретичний розрахунок ряду діаграм стану.
Паралельно з науково-дослідною роботою створювалася і експериментальна база. Були створені унікальні на той час прилади, які не мають світових аналогів: установки диференціального термічного аналізу до 2000 та 2500°С з різними конструкціями термопарних датчиків (Ю.А. Краковецький-Кочержинський, Г.Ф. Кобзенко, Є.А. Шишкін), Катковий дилатометр з робочою температурою до 1700°С (А.К. Шурін), розбірна гострофокусна рентгенівська трубка зі змінним матеріалом аноду та високотемпературна рентгенівська камера-приставка до дифрактометрів типу ДРОН з робочою температурою до 1700 °С (Ю.А. Краковецький-Кочержинський, В.В. Петьков), автоматичний дилатометр з робочим інтервалом температур від мінус 100 до плюс 1000°С (Є.А. Шишкін). Створений апаратурний комплекс дозволив провести ретельні дослідження фазових рівноваг в цілому ряді систем і побудувати або істотно уточнити більш 150 діаграм стану в цілому ряді систем на основі Cr, Fe, Hf, Co, Ni, Ti, Zr, Al, Mo, Nb, РЗМ та надпровідникових матеріалів на основі інтерметалідів зі структурою типу А-15.
Велика увага в відділі приділялася роботі з аспірантами і молодими науковцями. В.Н. Свєчников підготував 30 докторів і кандидатів наук. У числі його учнів такі відомі вчені, як академік АН УРСР В.Н. Гриднєв, академік АН УРСР К.Ф. Стародубов, академік АН УРСР Б.О. Мовчан, член-кореспондент АН УРСР К.П. Бунін, доктор технічних наук Н.С. Алфьорова, доктор технічних наук Ю.А. Краковецький-Кочержинський, доктор фізико-математичних наук В. М. Пан та ін.
Наступником В.Н. Свєчникова у 1976 р став його учень, доктор технічних наук А. К. Шурін. У цей період розробляються основи створення ливарних евтектичних дисперсно і композиційно зміцнених сплавів. Проведено дослідження фазових рівноваг, структури і фізико-механічних властивостей сплавів ванадію, ніобію і молібдену з тугоплавкими нітридами (А.К. Шурін, О.М. Барабаш), заліза з боридами (А.К. Шурин, В.Є. Панарін), сплавів хрому, молібдену, вольфраму, заліза, кобальту, нікелю з карбідами (А.К. Шурін, Г.П. Дмитрієва, Т.Н. Легка, Н.О. Разумова, Т.С. Черепова). Вивчено фазові рівноваги, стабільність фазового складу, формування структури і властивості в сплавах хрому з карбідами і нітридами металів IV і V-A груп (В.Г. Іванченко, Т.В. Мельниченко, В.В. Погоріла). Встановлено закономірності будови і властивостей більше 80 квазібінарних, потрійних і складніших систем сплавів з фазами впровадження. На основі цих досліджень розроблено евтектичні сплави, які застосовуються як жароміцні, зносостійкі і жаростійкі конструкційні матеріали, а також матеріали для отримання корозійностійких і зносостійких газо-термічних і іонно-плазмових покриттів.
Спільно з іншими відділами та лабораторіями Інституту розроблені інварні сплави на хромовій основі, сплави з низьким термічним коефіцієнтом опору, розроблена експериментальна технологія виробництва литих мішеней з високо хромистих сплавів для виробництва методом магнетронного напилення низькоомних прецизійних резисторів. Отримано експериментальні зразки литих мішеней зі сплавів (Tb, Gd)–(Fe, Co) для нанесення реєструючих шарів магнітооптичних носіїв інформації (В.Г. Іванченко).
З початку 1970-х років надзвичайно актуальним стає дослідження поведінки металів і сплавів в середовищі водню. З метою вивчення впливу хімічного складу сплавів, їх вихідної структури, попередньої термічної обробки на кінетику сорбції та десорбції водню в відділі створюється унікальна установка для дослідження взаємодії матеріалів з воднем ІВГМ-2 з робочими температурою до 1000°С і тиском до 500 ГПа (Г.Ф. Кобзенко, А.А. Школа). Дослідження проводяться в напрямку встановлення вкрай несприятливого, а іноді і катастрофічного впливу водню на матеріали та пошуку можливостей попередження цього впливу на службові характеристики металевих виробів шляхом нанесення захисних покриттів. Також вивчається можливість використання гідридів в техніці, так як даний клас сполук володіє рядом унікальних властивостей (Г.Ф. Кобзенко, А.А. Школа, Т.В. Прядко). Дані досліджень в цьому напрямку дозволили створити у відділі реактор для сорбційної очистки водню і автономне джерело водню АДВ (Г.Ф. Кобзенко, А.А. Школа, І.І. Мельник).
На початку 1980-х років розвивається ще один новий напрям по створенню фізичних основ отримання композиційних матеріалів методом спрямованої кристалізації. Реалізовано комплексний підхід до цієї проблеми: від створення унікального обладнання для отримання високо досконалих евтектичних сплавів і монокристалів до термодинамічних розрахунків фазових рівноваг в багатокомпонентних системах і експериментального дослідження закономірностей структуроутворення в направлено кристалізованих евтектичних сплавах на основі нікелю і особливостей формування структури досконалих монокристалів інтерметалідів алюмінію, титану і тугоплавких металів. Також створені теоретичні основи термо- і термомеханічної обробки тугоплавких монокристалів з метою отримання високо стабільної морфології γ'-фази при різному рівні зовнішнього поля напружень; розроблені склади нових евтектичних сплавів на основі нікелю і монокристалів на основі тугоплавких металів і нікелю (О.М. Барабаш, Т.М. Легка, І.В Буря, Р.В. Звєрєва).
З 1992 р керівництво відділом переходить до доктора технічних наук, професора В.Г. Іванченка. Традиційно у відділі тривають дослідження фазових рівноваг в цілому ряді систем Al-Co-W, Cr-Nb–C, Co–Nb–C, Zr–Co–Ni, Nі–МеС (Ме–Ti, Nb, Hf, Ta, V), Ti–Al–VB та ін. Вперше досліджено фазові рівноваги в частковій системі Ti–Fe2Nb–Fe2Ti, потрійній системі Ti–Zr–Mn в області складів Ti–TiMn2–ZrMn2–Zr, побудовані політермічні перетини Zr2Co–Zr2Ni. Ti71Fe29–Ti63Fe37 TiFe2–ZrFe2, ТiMn2–ZrMn2, Ti50Mn50–Zr50Mn50 і Ti60Mn40–Zr67.5Mn32.5. Також аналіз літературних даних по фазовим рівновагам у різних системах знайшов відображення в 10 розділах Енциклопедичного словника «Фізика твердого тіла» та 29 оглядах Міжнародного довідника «Ternary Alloy Systems» видавництва Landolt-Boernstein, Springer.
За результатами дослідження умов утворення рівноважної метал - карбідної евтектики в системах Ni–МеС, Со–МеС і впливу легування на зносостійкість сплавів були створені нові ливарні евтектичні сплави на основі кобальту і нікелю, які використовуються для зміцнення і відновлення бандажних полиць робочих лопаток авіаційних газотурбінних двигунів. Основні переваги цих сплавів - розширення діапазону робочих температур до 1100°С, стабільна зносостійкість при збільшенні навантаження на бандажні полки (≥20 МПа), температура плавлення не нижче 1300°С, термостабільність структури і фазового складу. Сплави мають хороші ливарні властивості, задовільно обробляються, досить термостійкі, мають високу міцність паяного з'єднання пластин з крайкою бандажної полиці лопатки і термічне розширення, близьке до лопаткових сплавів. Висока зносостійкість досягається збільшенням об'ємної частки фази карбіду в сплавах, її виділенням, як на кордоні, так і всередині зерен, а також - пластинчастою і витягнуто-кристалічною структурою (Ті,Nb)C; висока жаростійкість - комплексним легуванням. Сплави запропоновані для контрольних випробувань на ЗМКБ "Прогрес", ВАТ "Мотор Січ" для використання в двигунах Д-18Т, АІ-222-25 літаків АН-124 "Руслан", Ан-225 "Мрія" і Як-130 (Г. П. Дмитрієва, Т.С. Черепова).
В останні роки також отримані вагомі результати, що розкривають сучасний підхід до створення нового покоління високоміцних ливарних сплавів алюмінію і жаростійких сплавів на основі його інтерметалідів (Т.М. Легка). Розроблено склади нових високотемпературних ливарних сплавів для застосування до 400°С і високоміцних ливарних сплавів для роботи до 150°С, склади яких захищено 8 патентами України та міжнародними патентами, і є конкурентоспроможними сучасним ливарним сплавів алюмінію.
З огляду на перспективи розвитку титанової промисловості в Україні, до тематики відділу додається ще один напрямок досліджень, орієнтований на вивчення фазових рівноваг, структури і властивостей в багатокомпонентних сплавах на основі титану з метою створення матеріалів з високою водневою ємністю. Вперше висунута ідея про використання в якості сорбентів водню евтектичних композицій з високою площею міжфазної поверхні і високою водневою ємністю фазових складових. Дослідження особливостей кінетики наводнення евтектичних сплавів, що складаються з твердого розчину на основі титану і фази Лавеса (β (Ti,Zr,Mn)+(Ti,Zr)Mn2-x) показало, що вони здатні поглинати водень навіть при кімнатній температурі, відсутності попередньої термічної активації, і їм притаманна висока сорбційна ємність.
Проведені у відділі дослідження отримали високу оцінку:
В.Н. Свєчников у 1961 р. був нагороджений орденом Трудового Червоного Прапора, 1967 р. - орденом "Знак Пошани", в 1971 р - орденом Леніна.
Роботи з наукового приладобудування у 1980 р. були відзначені Державною премією України в галузі науки і техніки (В.Н. Свєчников, Ю. А. Краковецький-Кочержинський, Є.А. Шишкін, В.В. Петьков).
За роботу "Багатокомпонентні системи для створення нових матеріалів: структура, термодинаміка, фазові рівноваги" у 2011 р. лауреатом Державної премії України в галузі науки і техніки став В.Г. Іванченко.
У 2016 р. Державну премію України в галузі науки і техніки присуджено Т.С. Череповій та В.Є. Панаріну за роботу "Створення та впровадження нового класу евтектичних композиційних матеріалів в інноваційні технології підприємств машинобудування"| © Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України, 2024 |